用于吸收CO2的C1-C8羧酸盐溶液制造技术

本发明专利技术提供了一种用于在组合物中捕获至少一种酸性气体、从所述组合物中释放所述气体以及随后使所述组合物再生以再利用的方法。该方法包括通过将所述酸性气体与捕获组合物接触来捕获酸性气体的步骤，所述捕获组合物包含至少一种溶解在基本上由水组成的溶剂体系中的羧酸盐。

C1-C8 carboxylate solution for CO2 absorption

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于吸收CO2的C1-C8羧酸盐溶液
本专利技术涉及用于捕获以及随后释放酸性气体(如，二氧化碳)的方法。捕获涉及使气体与羧酸盐的水溶液接触。
技术介绍
由于越来越多地使用化石燃料，大气中二氧化碳的浓度已从工业化前时期的280ppm上升至2013年的近400ppm，导致全球平均温度升高。预计在短期到中期会进一步增加，直到建立不会导致大量CO2排放的能源供应。根据国际能源署世界能源展望(2002年)，燃烧产生的二氧化碳排放量预计每年增加约1.8％，如果继续以该速度增长，则到2030年，二氧化碳排放量将比2000年增加70％。当前捕获CO2和其他酸性气体的方法昂贵且远非大规模应用的理想选择，因此，本专利技术试图通过提供一种技术方案来解决该问题，该技术方案相对简单且使用廉价的方法和消耗品，旨在尽量减少大规模部署对整体环境的影响。WO2015/092427公开了使用溶解在质子性溶剂(例如，水)和非水有机溶剂的混合物中的羧酸盐来捕获和释放CO2和其他酸性气体的方法。专利技术人发现，非水溶剂环境的存在使得碳酸的pKa(或更具体地说，含水CO2)增加程度小于羧酸的pKa，这意味着羧酸根离子变成了有效的捕获剂。这允许在非常规条件下开发非常规捕获剂，以消除或改善与当前最先进捕获技术相关的许多次要缺点，但最关键的是，这将整个捕获和释放周期的能量输入需求降低到目前认为不可能的水平。从实际的角度来看，非水溶剂的使用带来的问题可能会限制该技术的效用。溶剂倾向于具有适度的挥发性，这意味着需要补给，溶剂倾向于可燃，从而导致额外的安全措施，并且由于溶剂暴露于杂质(例如，氧气，在含酸性气体的气体中)中而可能会出现少量降解。然而，据了解，如果没有非水溶剂，则羧酸盐作为捕获剂是无效的，因为共轭酸的pKa太低，以至于它们无法与含水二氧化碳和碳酸反应以取代二氧化碳水合平衡。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面，提供一种有效捕获酸性气体的方法。该方法包括：a、通过使所述酸性气体与捕获组合物接触来捕获酸性气体，所述捕获组合物包含至少一种溶解在基本上由水组成的溶剂体系中的羧酸盐。该方法还可以包括：b、通过加热加载的捕获组合物，和/或通过使加载的捕获组合物置于汽提气流中(例如，空气)，和/或通过降低加载的捕获组合物上的压力，来释放所述至少一种酸性气体。该方法还可以包括：c、通过冷却和/或增加所述捕获组合物上的压力，使所述捕获组合物再生。本专利技术源于专利技术者对给定化合物的pKa值的认识，即给定化合物的pKa值是其共轭碱稳定性的函数，可以依赖于测量pKa的溶剂环境的总特性。项目溶剂pKa1水4.762甲醇9.73乙醇10.34二甲基亚砜12.35二甲基甲酰胺13.36t-叔丁醇14.271,2-二氯乙烷15.58乙腈23.51表1不同溶剂中乙酸pKa的变化公认的原则是，在不同溶剂中测量时，给定化合物的pKa值可能会发生显著变化(表1)。数据表中给出的pKa值假定为在“无限稀释”下，因此可以忽略待测化合物分子之间的分子间相互作用以及溶质对整体溶剂特性的影响。实际上，所测量化合物的稀释取决于测量技术的灵敏度，毫摩尔浓度和微摩尔浓度是典型的。当考虑化合物的溶液浓度比数据表中用于测量引用的pKa值的溶液浓度高几个数量级时，必须考虑化合物对整个溶剂环境的影响。对于高度可溶的化合物，最终混合物的比例可使其更合适地被视为“在X中的溶剂”而不是“在溶剂中的X”(表2，来自https://en.wikipedia.org/wiki/Solubility_table的溶解度数据，访问日期：2017年7月14日)。表2高溶解性化合物在20℃的饱和水溶液的质量百分比因此，给定化合物的pKa值可以看作是一个动态特性，除其他因素外，还取决于该化合物在溶液中的浓度。严格来说，数据表中引用的pKa值仅对于指定的溶剂以及在测量该值的浓度下才是准确的。对于更浓缩的溶液，可以观察到不同的pKa值以及相应的不同酸碱反应性性能。本申请通过采用羧酸盐的水溶液作为二氧化碳和其他酸性气体的捕获剂来利用这种现象。羧酸盐通常不会被视为有效的捕获剂，因为其共轭酸的pKa值较低(通常为～5)。但是，对于浓溶液，羧酸盐的pKa可能足够高，可以实现有效的酸性气体捕获。对这些制剂至关重要的是，将其与其他二氧化碳捕获体系进行比较时，捕获反应的产物是碳酸氢盐和相应的羧酸(方案1)。从热力学上讲，与更传统的捕获体系相比，这代表了一个更精细的平衡体系，该体系可以显著降低有效释放所需的温度，从而降低能量输入。方案1原则上，碳酸氢盐和其他酸性气体盐(以及相应的酸性气体)也会根据溶液的组成改变pKa值，但令人惊讶的是，不会发生与羧酸盐相同的程度。酸性气体和羧酸盐的pKa值的相对变化之间的差异使得可以通过这些浓缩溶液有效捕获。与WO2015/092427中描述的捕获组合物相比，酸性气体可以在较低的温度下从本专利技术的捕获组合物中释放出来，从而减少了该过程中消耗的能量。通常，WO2015/092427中描述的组合物需要加热至超过100℃以释放已捕获的大部分CO2。相反，当加热到80℃或甚至更低时，本专利技术的组合物可以释放大量的CO2。羧酸盐可能是金属盐、铵盐、鏻盐(phosphoniumsalt)或锍盐(sulfoniumsalt)。羧酸盐可能是金属盐。羧酸盐可能是碱金属(例如，锂、钠或钾)的盐。羧酸盐可能是钾盐。羧酸盐可能是烷基铵盐或芳基铵盐，例如，三乙基铵、四甲基铵、四丁基铵、苄基三甲基铵、胆碱盐或胍盐。羧酸盐可能是两个或更多个阳离子的组合。脂族羧酸盐、芳族羧酸盐或杂芳族羧酸盐(例如，脂族羧酸盐或芳族羧酸盐)可用于本专利技术的目的。合适的脂族羧酸可以选自直链的、支链的或环状的羧酸，其可以是饱和或不饱和的，可以是被取代基、杂原子、芳族或杂芳环系统取代的或未取代的。羧酸或每种羧酸可包含单个羧酸基团。多元羧酸(例如，二、三或四元羧酸)，与聚合酸(例如，聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸)以及天然衍生的生物聚合羧酸(例如，藻酸(来自海藻)和果胶(来自植物细胞壁))一样，也是合适的。芳族羧酸盐或杂芳族羧酸盐(例如苯甲酸)，与两性离子羧酸盐(包括甜菜碱以及相关的衍生物和同系物)一样，也适合本专利技术的目的。这样的盐可以在溶液、浆液或分散液中。所述羧酸可能不是氨基酸，或者每种羧酸都不是氨基酸。可能是该羧酸不包含氮或每种羧酸不包含氮。捕获组合物可能基本上不含氨基酸。捕获组合物可能基本上不含任何包含氮的有机化合物。术语“基本上不含”可被认为是指不超过25％的捕获组合物是氨基酸或包含氮的有机化合物。这可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在组合物中捕获至少一种酸性气体的方法，所述方法包括：/na、通过将所述酸性气体与包含至少一种溶解在基本上由水组成的溶剂体系中的羧酸盐的捕获组合物接触来捕获酸性气体；其中，所述捕获组合物基本上不含氨基酸或氨基酸盐。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170802 GB 1712465.21.一种用于在组合物中捕获至少一种酸性气体的方法，所述方法包括：
a、通过将所述酸性气体与包含至少一种溶解在基本上由水组成的溶剂体系中的羧酸盐的捕获组合物接触来捕获酸性气体；其中，所述捕获组合物基本上不含氨基酸或氨基酸盐。


2.根据权利要求1所述的方法，所述方法是用于在组合物中捕获至少一种酸性气体、从所述组合物中释放所述气体以及随后使所述组合物再生以再利用的方法，所述方法包括依次进行以下步骤：
a、通过将所述酸性气体与包含至少一种溶解在基本上由水组成的溶剂体系中的羧酸盐的捕获组合物接触来捕获酸性气体；其中，所述捕获组合物基本上不含氨基酸或氨基酸盐；
b、通过加热加载的捕获组合物和/或通过使加载的捕获组合物置于汽提气流中和/或通过施加比吸收所用压力更低的压力，来释放所述至少一种酸性气体；
c、通过冷却和/或增加压力使所述捕获组合物再生。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少一种羧酸盐为羧酸的单盐。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述单盐以大于4M，任选地大于5M，进一步任选地大于6M的浓度存在。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述单盐为直链的或支链的C1-C4-脂族羧酸盐。


6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少一种羧酸盐为两种或更多种羧酸盐的混合物。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述混合物为至少一种直链的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·巴尔内斯，C·斯库德尔曼，G·雅各布，C·雷纳，
申请(专利权)人：碳捕获有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB